(57)【要約】【課題】交流損失の低減効果が高い超電導線材の提供。【解決手段】金属基材１１上に金属酸化物からなる中間層１２、超電導層１３及び金属安定化層１４をこの順に積層し、金属安定化層１４に、長手方向に沿って第一の溝１８を形成して超電導層１３を露出させ、露出させた超電導層１３に、長手方向に沿って第二の溝１９を形成して中間層１２を露出させ、この時、金属基材１１の中間層１２積層面（表面１１ａ）に対して略平行な方向において、第二の溝１９の幅を第一の溝１８の幅よりも狭くして、超電導線材１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材上に金属酸化物からなる中間層、超電導層及び金属安定化層をこの順に積層する工程と、
前記金属安定化層に、長手方向に沿って第一の溝を形成して、前記超電導層を露出させる工程と、
露出させた前記超電導層に、長手方向に沿って第二の溝を形成して、前記中間層を露出させる工程と、を有し、
前記金属基材の前記中間層積層面に対して略平行な方向において、前記第二の溝の幅を前記第一の溝の幅よりも狭くすることを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記金属安定化層における溝の前記幅が２０〜１００μｍであり、前記超電導層における溝の前記幅が５〜９０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記金属基材の前記中間層積層面における表面粗さが０〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記中間層を露出させる工程の後に、さらに、得られた線材を絶縁体で被覆する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流損失の低減効果が高い超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イットリウム（Ｙ）系酸化物等の超電導体は、臨界温度、臨界電流、臨界磁界で規定される条件範囲内において、超電導状態が維持される。一方、超電導体は、その状態によっては、通電中に一部の領域が常電導状態となって発熱し、さらに超電導体全体が常電導体状態に転移する、所謂クエンチ現象を引き起こすことが知られている。クエンチ現象が発生すると、超電導体が焼損してしまう。そこで、これを防止するために、導電性が良好な金属からなる安定化層（金属安定化層）を超電導層に接触配置して複合化する。安定化層を設けることで、通電中に超電導層の一部領域が常電導状態になっても、安定化層に電流を通す（通電する）ことで、超電導層が安定化される。
安定化層を設ける手法としては、スパッタリングや蒸着等の物理的法により、銀（Ａｇ）からなる安定化層（銀安定化層）を形成する方法（特許文献１参照）や、はんだを介して銀安定化層上に安価な銅（Ｃｕ）からなる安定化層（銅安定化層）を形成する方法（特許文献２参照）が開示されている。
【０００３】
一方、超電導体をケーブルや変圧器等の実用に供するには、交流損失を低減することが必要である。これに対して、超電導線材を利用したコイルにおいては、金属基材にまで達する溝を超電導層に形成し、超電導層を複数に分割して細線化することにより、分割数に反比例するように交流損失を低減できることが知られている（特許文献３、非特許文献１参照）。細線化の手法としては、レーザ照射、フォトリソグラフィー、エッチング等が通常適用される。
このように、超電導層を安定化させて焼損を防止するために金属安定化層を設けた超電導線材においては、交流損失を低減するために、超電導層を細線化することが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３６６５２号公報
【特許文献２】特開２００８−６００７４号公報
【特許文献３】特開２００７−１４１６８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｏｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２０，８２２−８２６（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、細線化時には、金属安定化層に由来する金属屑が生じ易い。例えば、レーザ照射で細線化する場合には、レーザ照射により、ドロスと呼ばれる金属の溶融屑が生じる。この場合、超電導層等は厚さが薄いため、金属安定化層や金属基材に由来する前記金属屑が、細線化で分割された複数の超電導層間の溝に進入し、超電導層間が電気的に接続されてしまい、交流損失の低減効果が不十分になるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、交流損失の低減効果が高い超電導線材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、
本発明は、金属基材上に金属酸化物からなる中間層、超電導層及び金属安定化層をこの順に積層する工程と、前記金属安定化層に、長手方向に沿って第一の溝を形成して、前記超電導層を露出させる工程と、露出させた前記超電導層に、長手方向に沿って第二の溝を形成して、前記中間層を露出させる工程と、を有し、前記金属基材の前記中間層積層面に対して略平行な方向において、前記第二の溝の幅を前記第一の溝の幅よりも狭くすることを特徴とする超電導線材の製造方法を提供する。
本発明の超電導線材の製造方法は、前記金属安定化層における溝の前記幅が２０〜１００μｍであり、前記超電導層における溝の前記幅が５〜９０μｍであることが好ましい。
本発明の超電導線材の製造方法は、前記金属基材の前記中間層積層面における表面粗さが０〜５ｎｍであることが好ましい。
本発明の超電導線材の製造方法は、前記中間層を露出させる工程の後に、さらに、得られた線材を絶縁体で被覆する工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、交流損失の低減効果が高い超電導線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の方法で製造された超電導線材を例示する概略図であり、長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
【図２】本発明の方法で製造された他の超電導線材を例示する概略図であり、長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
【図３】本発明の超電導線材の製造方法を説明するための概略図であり、超電導線材の長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
【図４】本発明の他の超電導線材の製造方法を説明するための概略図であり、超電導線材の長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜超電導線材＞
本発明の方法で製造された超電導線材は、金属基材上に金属酸化物からなる中間層（以下、中間層と略記することがある）、超電導層及び金属安定化層がこの順に積層され、前記金属安定化層を幅方向に分割する第一の溝が、前記金属安定化層に長手方向に沿って形成され、前記中間層に達して前記超電導層を幅方向に分割する第二の溝が、前記超電導層に長手方向に沿って、前記第一の溝と一体に形成され、前記金属基材の前記中間層積層面に対して略平行な方向において、前記第二の溝の幅が前記第一の溝の幅よりも狭いことを特徴とする。
かかる超電導線材は、第二の溝の幅が第一の溝の幅よりも狭いことで、金属安定化層や金属基材に由来する金属屑の第二の溝内への進入が抑制され、交流損失の低減効果が高いものである。
以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の方法で製造された超電導線材を例示する概略図であり、長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
超電導線材１は、金属基材１１の表面１１ａ上に、中間層１２、超電導層１３及び金属安定化層１４がこの順に積層され、超電導層１３及び金属安定化層１４には、長手方向に沿って二つの溝（第一の溝１８、第二の溝１９）が一体に形成されており、全体が絶縁層１７で被覆されて、概略構成されている。以下、各構成要素について、順次説明する。
【００１３】
金属基材１１は、通常の超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、プレート状又はシート状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金又は銅（Ｃｕ）合金がより好ましい。なかでも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。
【００１４】
金属基材１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることで臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００１５】
金属基材１１の表面１１ａ（中間層１２の積層面）は、表面粗さ（Ｒａ）が０〜３０ｎｍであることが好ましく、０〜５ｎｍであることがより好ましい。上限値以下とすることで、超電導層１３の結晶配向性を一層良好に制御できる。表面粗さは、金属基材１１の表面を公知の方法で研磨して調節すれば良い。
【００１６】
中間層１２は、超電導層１３の結晶配向性を制御し、金属基材１１中の金属元素の超電導層１３への拡散を防止するものである。そして、金属基材１１と超電導層１３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が金属基材１１と超電導導体膜１３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層１２の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物が例示できる。
【００１７】
中間層１２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も超電導層１３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００１８】
また中間層１２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、超電導層１３の配向性を制御する機能を有するとともに、超電導層１３を構成する元素の中間層１２への拡散や、超電導層１３積層時に使用するガスと中間層１２との反応を抑制する機能等を有するものである。そして、前記金属酸化物層により配向性が制御される。
【００１９】
キャップ層は、前記金属酸化物層の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２０】
中間層１２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．３〜５μｍであることが好ましく、０．７〜３μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで、超電導層１３の配向を制御する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることで、短時間で形成でき、さらに表面粗さを低減することで、超電導層１３の臨界電流密度を一層大きくできる。
中間層１２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍであることが好ましく、０．３〜１μｍであることがより好ましい。このような範囲とすることで、一層高い効果が得られる。
【００２１】
中間層１２は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、超電導層１３やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１２は、ＩＢＡＤ法における配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００２２】
超電導層１３には、長手方向に沿って中間層１２の表面に達する二つの第二の溝１９，１９が形成されており、超電導層１３は、幅方向に三つの分割層１３１、１３２及び１３３に分割されている。
超電導層１３のこれら分割層において、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向の幅Ｗ１３１、Ｗ１３２及びＷ１３３は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされる。
また、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向における、第二の溝１９，１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされる。
超電導層１３の厚さは、０．５〜９μｍであることが好ましく、１〜５μｍであることがより好ましい。
【００２３】
超電導層１３は公知のもので良く、酸化物超電導体からなるものが好ましく、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものが例示できる。
超電導層１３は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
【００２４】
金属安定化層１４は、超電導層１３の一部領域が常電導状態になった場合に通電することで、超電導層１３を安定化させて焼損を防止する。そして、長手方向に沿って二つの第一の溝１８，１８が形成されており、金属安定化層１４は、幅方向に三つの分割層１４１、１４２及び１４３に分割されている。そして、金属安定化層１４及び超電導層１３には、長手方向に沿って第一の溝１８及び第二の溝１９が一体に形成されている。
【００２５】
金属安定化層１４のこれら分割層において、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向の幅Ｗ１４１、Ｗ１４２及びＷ１４３は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされる。
また、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向における、第一の溝１８，１８の幅Ｓ１４１及びＳ１４２は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされる。
【００２６】
金属安定化層１４は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金からなるものが例示できる。
金属安定化層１４の厚さは、１〜３０μｍであることが好ましく、２〜２５μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで、超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることで、超電導線材１を薄型化できる。
金属安定化層１４は、公知の方法で積層できるが、なかでもスパッタ法が好ましい。また、金属安定化層１４を形成する最終工程で、酸素熱処理を行うことが好ましい。
【００２７】
第一の溝１８，１８及び第二の溝１９，１９において、Ｓ１３１はＳ１４１よりも小さく、Ｓ１３２はＳ１４２よりも小さい（Ｓ１３１＜Ｓ１４１、Ｓ１３２＜Ｓ１４２）。すなわち、一体に形成されている第一の溝１８及び第二の溝１９においては、第二の溝１９の幅が第一の溝１８の幅よりも狭くなっている。このようにすることで、金属安定化層１４や金属基材１１等に由来する金属屑が生じても、第二の溝１９の形成時や形成後に、金属屑の第二の溝１９内への進入が抑制される。その結果、超電導層１３の三つの分割層１３１、１３２及び１３３が互いに電気的に接続されることが無く、これら分割層間での絶縁性が高く、交流損失の低減効果が顕著に高くなる。
【００２８】
前記Ｗ１３１、Ｗ１３２及びＷ１３３は、１００〜３０００μｍであることが好ましい。
そして、前記Ｓ１３１及びＳ１３２は、前記Ｗ１３１、Ｗ１３２及びＷ１３３に応じて、Ｓ１４１、Ｓ１４２よりも小さくなるように設定すれば良く、例えば、Ｗ１３１、Ｗ１３２及びＷ１３３が上記範囲内である場合には、３〜１１０μｍであることが好ましい。
前記Ｓ１４１及びＳ１４２は、前記Ｓ１３１及びＳ１３２よりも大きくなるように設定すれば良く、例えば、前記Ｓ１３１及びＳ１３２が上記範囲内である場合には、１０〜１３０μｍであることが好ましい。
【００２９】
上記のように、金属安定化層１４及び超電導層１３に、長手方向に沿って中間層１２の表面に達する溝が一体に形成され、超電導層１３が分割されて細線化されることで、超電導線材１の交流損失が低減される。
【００３０】
金属基材１１、中間層１２、超電導層１３及び金属安定化層１４は、その露出面が絶縁層１７で被覆されている。このようにすることで、特に溝加工部分が保護され、安定した性能の超電導線材が得られる。
絶縁層１７は、通常使用される各種樹脂や酸化物等、公知の材質からなるものである。
前記樹脂として具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、シリコン樹脂、アルキッド樹脂、ビニル樹脂等が例示できる。また、紫外線硬化性樹脂が好ましい。
前記酸化物としては、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３等が例示できる。
絶縁層１７による被覆の厚さは特に限定されず、被覆対象部位等に応じて、適宜調節すれば良い。
絶縁層１７は、その材質に応じて公知の方法で形成すれば良く、例えば、原料を塗布して、これを硬化させれば良い。また、シート状のものが入手できる場合には、これを使用して積層しても良い。
【００３１】
本発明において超電導線材は、前記金属安定化層上に、さらに導電性の接合層を介して、第二の金属安定化層が積層されていても良い。図２は、このような超電導線材を例示する概略図であり、長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。本発明において、第二の金属安定化層が積層されている場合、前記金属安定化層を第一の金属安定化層と称する。
なお、図２において、図１に示す超電導線材１の場合と同じ構成要素には、図１におけるものと同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。これは、以降の図においても同様である。
【００３２】
図２に示す超電導線材２においては、第一の金属安定化層１４上に、接合層１５を介して第二の金属安定化層１６が積層されている。すなわち、第二の金属安定化層１６は、第一の金属安定化層１４にかけて長手方向に沿って一括して形成された第一の溝１８，１８により、幅方向に三つの分割層１６１、１６２及び１６３に分割されている。同様に、接合層１５も、幅方向に三つの分割層１５１、１５２及び１５３に分割されている。
【００３３】
第二の金属安定化層１６のこれら分割層において、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向の幅Ｗ１６１、Ｗ１６２及びＷ１６３は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされ、さらに前記Ｗ１４１、Ｗ１４２及びＷ１４３とほぼ同一とされる。
そして、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向における、第二の金属安定化層１６に形成されている第一の溝１８，１８の幅Ｓ１６１及びＳ１６２は、それぞれ互いに同一でも異なっていても良いが、通常はほぼ同一とされ、さらに前記Ｓ１４１及びＳ１４２とほぼ同一とされる。
【００３４】
第二の金属安定化層１６は、第一の金属安定化層１４と電気的に接続されており、第一の金属安定化層１４と同様に、超電導層１３を安定化するものである。ただし、超電導線材２においては、安定化の主たる構成要素は第一の金属安定化層１４なので、必ずしも第一の金属安定化層１４と同様の導電性でなくても良い。第二の金属安定化層１６の好ましいものとしては、銅（Ｃｕ）；銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金；ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等のニッケル（Ｎｉ）合金；ステンレス；銀合金等のいずれかからなるものが例示できる。第二の金属安定化層１６を、第一の金属安定化層１４よりも安価な材質で形成することで、低コストで高い安定化効果が得られる。
【００３５】
第二の金属安定化層１６は、第一の金属安定化層１４と同様の方法で積層できる。また、
金属シートや合金シートが入手できる場合には、これを使用して積層しても良い。
第二の金属安定化層１６の厚さは、材質に応じて適宜調整すれば良い。例えば、銀より導電性が低い銅等で形成する場合には、５０〜３００μｍであることが好ましい。下限値以上とすることで、超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることで、超電導線材２を薄型化できる。
【００３６】
接合層１５は、第二の金属安定化層１６を第一の金属安定化層１４に接着固定するものである。
接合層１５のこれら分割層において、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向の幅は、通常、前記Ｗ１６１、Ｗ１６２及びＷ１６３と同様である。
そして、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向における、接合層１５に形成されている第一の溝１８，１８の幅も前記Ｓ１６１及びＳ１６２と同様である。
接合層１５は、導電性であり、銀のペーストやはんだであることが好ましい。
接合層１５の厚さは、１〜１５μｍであることが好ましい。下限値以上とすることで、一層高い接着固定効果が得られ、上限値以下とすることで、超電導線材１を薄型化できる。
【００３７】
上記の点以外は、図２に示す超電導線材２は、図１に示す超電導線材１と同様である。
【００３８】
本発明において超電導線材は、これまでに説明したものに限定されず、本発明の効果を損なわない範囲内において、一部構成を変更、追加又は削除したものでも良い、
例えば、金属安定化層（第一の金属安定化層）１４及び超電導層１３に形成する溝の数は、二つに限定されず、一つでも良いし、三つ以上でも良く、目的に応じて適宜調整すれば良い。
【００３９】
本発明の方法で製造された超電導線材は、上記のように、超電導層における第二の溝の幅が、金属安定化層（第一の金属安定化層）における第一の溝の幅よりも狭いことで、細線化された超電導層間での絶縁性が高く、交流損失の低減効果が顕著に高い。
【００４０】
＜超電導線材の製造方法＞
本発明の超電導線材の製造方法は、金属基材上に金属酸化物からなる中間層、超電導層及び金属安定化層をこの順に積層する工程と、前記金属安定化層に、長手方向に沿って第一の溝を形成して、前記超電導層を露出させる工程と、露出させた前記超電導層に、長手方向に沿って第二の溝を形成して、前記中間層を露出させる工程とを有し、前記金属基材の前記中間層積層面に対して略平行な方向において、前記第二の溝の幅を前記第一の溝の幅よりも狭くすることを特徴とする。
以下、図１に示す超電導線材１の製造方法について説明する。
【００４１】
図３は、超電導線材１の製造方法を説明するための概略図であり、超電導線材の長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、金属基材１１の表面１１ａ上に、中間層１２、超電導層１３及び金属安定化層１４をこの順に積層する。
【００４２】
次いで、図３（ｂ）に示すように、金属安定化層１４の長手方向に沿って一端から他端まで、二つの第一の溝１８，１８を形成し、超電導層１３を露出させ、金属安定化層１４を、幅方向に三つの分割層１４１、１４２及び１４３に分割する。
第一の溝１８を形成する方法は特に限定されず、金属層を除去できる公知の方法から適宜選択すれば良い。具体的には、レーザ照射、金属製の回転刃又は固定刃による切削、エッチング、フォトリソグラフィー等が例示でき、レーザ照射、金属製の回転刃又は固定刃による切削が好ましい。レーザは、金属を蒸発させることができるものであれば良く、好ましいものとして具体的には、ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、エキシマレーザ等が例示できる。
【００４３】
なお、ここでは、金属安定化層１４のみが除去された例を示しているが、本発明の効果を妨げない範囲内において、超電導層１３の一部が除去されても良い。例えば、超電導層１３のうち、次工程で除去する部位の一部を金属安定化層１４と共に除去しても良いし、次工程で除去しない部位であっても、超電導体としての性能が低下しない範囲であれば、金属安定化層１４と共に除去しても良い。例えば、超電導層１３の厚さが、上記のような好ましい範囲内である場合には、０．０１〜０．０５μｍ程度の厚さであれば、次工程で除去しない部位であっても超電導層１３を除去できる。
【００４４】
次いで、図３（ｃ）に示すように、超電導層１３の長手方向に沿って一端から他端まで、且つ前記第一の溝１８，１８と一体になるように、二つの第二の溝１９，１９を形成し、中間層１２を露出させ、超電導層１３を、幅方向に三つの分割層１３１、１３２及び１３３に分割して細線化する。
この時、第二の溝１９，１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２が、第一の溝１８，１８の幅Ｓ１４１及びＳ１４２に対して、Ｓ１３１＜Ｓ１４１、Ｓ１３２＜Ｓ１４２の関係を満たすように調節し、一体に形成されている第一の溝１８及び第二の溝１９において、第二の溝１９の幅を第一の溝１８の幅よりも狭くする。このように細線化することで、超電導層１３の三つの分割層の幅と、金属安定化層１４の三つの分割層の幅は、Ｗ１４１＜Ｗ１３１、Ｗ１４２＜Ｗ１３２、Ｗ１４３＜Ｗ１３３の関係を満たす。
【００４５】
第二の溝１９を形成する方法は、金属酸化物層を除去できる公知の方法から適宜選択すれば良いが、レーザ照射、金属製の回転刃又は固定刃による切削、あるいはフォトリソグラフィーが好ましく、レーザ照射、あるいは金属製の回転刃又は固定刃による切削がより好ましい。レーザは、金属酸化物を蒸発させることができるものであれば良く、第一の溝１８の形成に使用するものと同様のものが例示できる。第二の溝１９をエッチングで形成する場合、超電導層１３の厚さが薄いため、超電導層１３が過剰にエッチングされてしまうことがある。したがって、細線化を高精度に制御する場合には、レーザ照射、金属製の回転刃又は固定刃による切削、あるいはフォトリソグラフィー等、エッチング以外の方法で第二の溝１９を形成することが好ましい。
【００４６】
第一の溝１８の形成時に生じる金属安定化層１４由来の金属屑は、第一の溝１８の形成方法にもよるが、概ね、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２よりも大きいサイズを有し、第二の溝１９内への進入が抑制される。また、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２が、例えば上記範囲内のように、極めて狭いことにより、Ｓ１３１及びＳ１３２よりも小さいサイズを有する金属屑の第二の溝１９内への進入も抑制される。そして、第一の溝１８内に残存する金属屑は、容易に除去できる。
さらに、第二の溝１９の一部が金属基材１１の表面よりも内部に達した場合でも、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２が極めて狭いことにより、金属基材１１由来の金属屑についても、第二の溝１９内への進入が抑制される。
したがって、細線化された超電導層１３の分割層間での絶縁性が高くなる。
【００４７】
なお、ここでは、超電導層１３のみが除去された例を示しているが、本発明の効果を妨げない範囲内において、中間層１２の一部が除去されても良いし、中間層１２に加えて金属基材１１の一部が除去されても良い。例えば、超電導層１３の厚さが、上記のような好ましい範囲内である場合には、０．０１〜０．１μｍ程度の厚さであれば、超電導層１３と共に金属基材１１を除去しても良い。
【００４８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、金属基材１１、中間層１２、超電導層１３及び金属安定化層１４の露出面を絶縁層１７で被覆して、超電導線材１を得る。
絶縁層１７は、その材質に応じて公知の方法で形成すれば良く、例えば、原料を塗布して、これを硬化させれば良い。
このようにして得られた超電導線材１は、細線化された超電導層１３の分割層間での絶縁性が高いので、交流損失の低減効果が顕著に高いものとなる。
【００４９】
金属安定化層上に、さらに導電性の接合層を介して、第二の金属安定化層が積層された超電導線材は、下記方法で製造できる。以下、図２に示す超電導線材２の製造方法について説明する。
図４は、超電導線材２の製造方法を説明するための概略図であり、超電導線材の長手方向に対して略垂直な方向の断面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、金属基材１１の表面１１ａ上に、中間層１２、超電導層１３、第一の金属安定化層１４、接合層１５及び第二の金属安定化層１６をこの順に積層する。
【００５０】
次いで、図４（ｂ）に示すように、長手方向に沿って、第二の金属安定化層１６、接合層１５及び第一の金属安定化層１４の一端から他端まで、二つの第一の溝１８，１８を一体に形成し、超電導層１３を露出させる。これにより、第二の金属安定化層１６を幅方向に三つの分割層１６１、１６２及び１６３に、接合層１５を幅方向に三つの分割層１５１、１５２及び１５３に分割し、第一の金属安定化層１４を幅方向に三つの分割層１４１、１４２及び１４３に、それぞれ分割する。
【００５１】
第一の溝１８は、第二の金属安定化層１６、接合層１５及び第一の金属安定化層１４の各層ごとに異なる方法で形成しても良いし、同じ方法で同時に形成しても良い。
特に、ここに示すように、第二の金属安定化層１６及び接合層１５の各分割層のうち、互いに積層関係にあるものについて、金属基材の表面１１ａ（中間層１２の積層面）に対して略平行な方向の幅（第二の金属安定化層１６の場合は、Ｗ１６１、Ｗ１６２及びＷ１６３）を、それぞれ略同等とする場合には、第二の金属安定化層１６及び接合層１５において、第一の溝１８を同じ方法で同時に形成することが好ましい。さらに、前記幅を互いに積層関係にある第一の金属安定化層１４の分割層の幅（Ｗ１４１、Ｗ１４２及びＷ１４３）と略同等とする場合には、第二の金属安定化層１６、接合層１５及び第一の金属安定化層１４のすべてにおいて、第一の溝１８を同じ方法で同時に形成することが好ましい。
この時の溝の形成方法は、超電導線材１の金属安定化層１４における形成方法と同様である。
【００５２】
以下、図２（ｃ）〜（ｄ）と同様の工程を行えば良い。
すなわち、図４（ｃ）に示すように、超電導層１３の長手方向に沿って二つの第二の溝１９，１９を形成して、中間層１２を露出させ、超電導層１３を、幅方向に三つの分割層１３１、１３２及び１３３に分割して細線化する。
この時、第一の溝１８の形成時に生じる、第二の金属安定化層１６、接合層１５及び第一の金属安定化層１４のいずれかに由来する金属屑は、第一の溝１８の形成方法にもよるが、概ね、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２よりも大きいサイズ有し、第二の溝１９内への進入が抑制される。また、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２が極めて狭いことにより、Ｓ１３１及びＳ１３２よりも小さいサイズを有する金属屑の第二の溝１９内への進入も抑制される。そして、第一の溝１８内に残存する金属屑は、容易に除去できる。
さらに、第二の溝１９の一部が金属基材１１の表面よりも内部に達した場合でも、第二の溝１９の幅Ｓ１３１及びＳ１３２が極めて狭いことにより、金属基材１１由来の金属屑についても、第二の溝１９内への進入が抑制される。
したがって、細線化された超電導層１３の分割層間での絶縁性が高くなる。
【００５３】
次いで、図４（ｄ）に示すように、金属基材１１、中間層１２、超電導層１３、第一の金属安定化層１４、接合層１５及び第二の金属安定化層１６の露出面を絶縁層１７で被覆して、超電導線材２を得る。
このようにして得られた超電導線材２は、細線化された超電導層１３の分割層間での絶縁性が高いので、交流損失の低減効果が顕著に高いものとなる。
【実施例】
【００５４】
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。
［実施例１］
図３に示す製造方法で、図１に示す超電導線材１を製造した。具体的には、以下の通りである。
ハステロイＣ２７６からなる幅５ｍｍ、長さ１０ｍ、厚さ０．１ｍｍの金属基材表面上に、ＩＢＡＤ法で厚さ１μｍのＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７層を積層し、結晶配向性が高い中間層を形成した。その上にさらに、パルスレーザ蒸着法（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、以下、ＰＬＤ法と略記する）で厚さ０．５μｍのＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙなる組成の超電導層を積層した。さらに、超電導層上にスパッタ法で厚さ５〜２０μｍの銀からなる金属安定化層を積層し、酸素熱処理を行った。
次いで、ＹＡＧレーザを照射して、幅が２０〜１００μｍである第一の溝を金属安定化層に二つ形成して、超電導層を露出させ、金属安定化層を三つの分割層に分割した。この時、第一の溝は、一部領域で超電導層の表面よりも内部に達していた。
次いで、薄くて鋭利な刃先を有する回転刃を備えた切削機を使用して、機械的に超電導層を切削することにより、一体に形成された第一の溝よりも幅が狭く、かつ幅が１０〜９０μｍである第二の溝を超電導層に二つ形成して、中間層を露出させ、超電導層を三つの分割層に分割した。この時、第二の溝は、一部領域で中間層の表面よりも内部に達し、さらに一部領域では金属基材の表面よりも内部にまで達していた。
得られた線材を長さ５ｃｍに切断し、超電導層の分割層間の抵抗値を測定した結果、１０ＭΩであった。
次いで、得られた線材をポリイミド樹脂で被覆することで絶縁加工し、超電導線材とした。
【００５５】
［実施例２］
ＹＡＧレーザの照射に代わり、エッチングにより幅が２０〜１００μｍである第一の溝を金属安定化層に形成したこと、回転刃を備えた切削機の使用に代わり、ＹＡＧレーザを照射して幅が５〜９０μｍである第二の溝を超電導層に形成したこと、エポキシ樹脂で絶縁加工したこと以外は、実施例１と同様に超電導線材を得た。実施例１と同様に、絶縁加工前に超電導層の分割層間の抵抗値を測定した結果、１０ＭΩであった。
【００５６】
［実施例３］
図４に示す製造方法で、図２に示す超電導線材２を製造した。具体的には、以下の通りである。
実施例１と同様に、研磨した金属基材表面上に、中間層、超電導層及び金属安定化層（第一の金属安定化層）を積層し、酸素熱処理を行った。
次いで、第一の金属安定化層上に、接合層として厚さ１〜１０μｍのはんだを介して、厚さ５〜３００μｍの銅からなる第二の金属安定化層を貼り合わせて積層した。
次いで、ＹＡＧレーザを照射して、幅が３０〜１００μｍである第一の溝を、第二の金属安定化層、接合層及び第一の金属安定化層に同時に二つ形成して、超電導層を露出させ、第二の金属安定化層、接合層及び第一の金属安定化層をそれぞれ三つの分割層に分割した。
次いで、薄くて鋭利な刃先を有する回転刃を備えた切削機を使用して、機械的に超電導層を切削することにより、一体に形成された第一の溝よりも幅が狭く、かつ幅が１０〜９０μｍである第二の溝を超電導層に二つ形成して、中間層を露出させ、超電導層を三つの分割層に分割した。この時、第二の溝は、一部領域で中間層の表面よりも内部に達し、さらに一部領域では金属基材の表面よりも内部にまで達していた。
次いで、実施例１と同様に、超電導層の分割層間の抵抗値を測定した結果、１０ＭΩであった。
次いで、ポリエステル樹脂で絶縁加工したこと以外は、実施例１と同様に超電導線材を得た。
【００５７】
［比較例１］    
ＹＡＧレーザを照射して、幅が３０〜１００μｍである溝を、金属安定化層及び超伝導層に同時に形成したこと以外は、実施例１と同様に超電導線材を得た。この時、溝は、一部領域で中間層の表面よりも内部に達し、さらに一部領域では金属基材の表面よりも内部にまで達していた。また、溝内部には金属安定化層由来の金属の溶融屑が残っていた。
実施例１と同様に、超電導層の分割層間の抵抗値を測定した結果、０．０１Ωであった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、エネルギーの貯蔵器、変圧器、モーター、発電機等の分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２・・・超電導線材、１１・・・金属基材、１１ａ・・・金属基材の表面、１１ｂ・・・金属基材の裏面、１２・・・中間層、１３・・・超電導層、１３１，１３２，１３３・・・超電導層の分割層、１４・・・金属安定化層（第一の金属安定化層）、１４１，１４２，１４３・・・金属安定化層（第一の金属安定化層）の分割層、１５・・・接合層、１６・・・第二の金属安定化層、１７・・・絶縁層、１８・・・第一の溝、１９・・・第二の溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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